第二章 化学反应与能量
第一节 化学能与热能（共3课时）
第一课时
教学目标：
通过实验知道化学反应中能量变化的主要表现形式，能根据事实判断吸热反应、放热反应，能说出中和热的涵义。
重点难点：吸热反应、放热反应、中和热等基本概念。
教学过程：
【创设问题情境】
欧阳的妈妈天天给她用保温饭盒带午饭，可是到了中午饭菜就凉了。而夏丹用的即热饭盒却随时都能吃上热饭。你知道即热饭盒的原理吗？
【结论】
化学反应放出能量
【设问】
热能是能量的一种表现形式。那么，除刚才的这个反应，其它的化学反应过程中是不是也会有能量变化呢？其表现形式又是怎样的？根据你已有的知识经验举例说明。
【归纳小结】
物质在发生化学反应的同时还伴随着能量的变化，这些能量变化通常又表现为热量的变化。
【设问】
化学变化中热量变化的具体形式有哪些呢？这将是我们本节课研究的主要内容。下面我们通过实验来进行研究、探讨。
【学生分组实验】
实验2-1：在一支试管中加入2mL 6mol/L的盐酸，再插入用砂纸打磨光的铝条。观察现象，并用手去感受反应温度的变化。
实验 现象
看到 触摸到
在盐酸中插入铝条
结论和化学方程式
实验2-2：将约10g Ba（OH）2·8H2O晶体研细后与约5g NH4Cl晶体一起放入烧杯中，并将烧杯放在滴有几滴水的玻璃片上，用玻璃棒快速搅拌，闻气味，用手触摸杯壁下部，试着用手拿起烧杯，观察现象。
实验 现象
触摸到 拿起烧杯看到 闻到
将Ba（OH）2·8H2O和NH4Cl晶体混合
结论和化学方程式
【小结】
化学反应中的能量变化经常表现为热量的变化，有的放热，有的吸热。
【设问】
通过前面的学习，我们知道燃烧反应、金属与酸的反应是放热的；而氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应是吸热的。那么，作为一类重要而常见的反应，酸与碱的中和反应是放热的还是吸热的呢？下面，请同学们自己通过实验来揭开这个秘密。
【学生分组实验】（前后4人为一个小组）
反应物及用量 酸 HNO3 20mL 1mol/L HCl 20mL 1mol/L HCl 20mL 1mol/L
碱 NaOH 20mL 1mol/L NaOH 20mL 1mol/L KOH 20mL 1mol/L
混合前温度
混合后温度
结论
对实验进行归纳和概括
【讲解】
中和热：酸与碱发生中和反应生成1mol水所释放的热量称为中和热。
【总结】
本节课我们结合已有的知识经验，以实验为主要的研究手段，初步探讨了化学反应中的能量变化及其主要形式。相信通过学习，同学们会有许多收获。但是，随着学习的深入，也必然会有更深层次的问题涌现出来，比如：化学反应中为什么伴随有能量的变化？为什么有的反应放热，有的反应吸热？如何来合理地表达反应中的能量变化？等等。这些问题我们将在下一节课上进一步探讨。
第二课时
教学目标：
1、能从化学键的角度理解化学反应中能量变化的主要原因。
2、能从微观的角度来解释宏观化学现象，进一步发展想象能力。
重点难点：
1、化学能与热能的内在联系及相互转变。
2、从本质上理解化学反应中能量的变化，从而建立起科学的能量变化观。
教学过程：
【导课】
通过上节课的学习，我们对化学反应中的能量变化有了初步的认识，知道了反应中的能量变化通常表现为热量的变化——放热或者吸热，也了解了中和热的概念。但很多同学也许会有这样一些疑问：化学反应中为什么会有能量变化？为什么不同反应的热效应不同？本节课，我们将围绕这些问题，从微观和宏观的角度来揭示这些秘密。
【结合事例分析】
氢气和氯气的混合气体遇到强光会发生爆炸，放出大量的热。反应中的热量由何而来？氢气和氯气反应的本质是什么？
【学生思考讨论】
阅读课本P28页，并从微观上（从化学键角度）加以分析。
【教师补充讲解】
在25℃和101kPa的条件下，1mol H2与1mol Cl2反应：
H2 2H 消耗能量约436 kJ
Cl2 2Cl 消耗能量约242 kJ
+） 2H + 2Cl 2HCl 释放能量约862 kJ
H2 + Cl2 2HCl 共放热约184 kJ
这样，由于破坏旧键吸收的能量少于形成新键放出的能量，根据“能量守恒定律”，多余的能量就会以热量的形式释放出来。
（引出键能的概念）
【练习反馈】
已知拆开1mol H2中的化学键要吸收436 kJ的能量，拆开1mol O2中的化学键要吸收496 kJ的能量，形成水分子中的1mol H—O键要放出463 kJ的能量，试说明2H2 + O2 === 2H2O中的能量变化。
【过度】
微观的角度：化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因；那么从宏观的角度又怎样对一个反应到底是放热还是吸热进行判断呢？各种物质中都含有化学键，因而我们可以理解为各种物质中都储存有化学能。不同物质由于组成、结构不同，因而所包含的化学能也不同。在化学反应中，随着物质的变化，化学能也随之改变。那么，一个化学反应吸收能量还是放出能量是由什么决定的呢？
【学生讨论交流】
一个确定的化学反应在发生过程中是吸收能量还是放出能量取决于反应物的总能量和生成物的总能量的相对大小。
【归纳总结】
引起化学反应中的能量变化：
（1）微观：化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因；
反应 ↑↓ 引起
（2）宏观：在化学反应中，反应物的总能量与生成物的总能量间的能量差。
【教师讲解】
化学反应伴随能量变化是化学反应的一大特征。我们可以利用化学能与热能及其它能量的相互转变为人类的生产、生活及科学研究服务。化学在能源的开发、利用及解决日益严重的全球能源危机中必将起带越来越重要的作用，同学们平时可以通过各种渠道来关心、了解这方面的进展，从而深切体会化学的实用性和创造性。
（阅读相关图片、资料或播放录像）
第三课时（复习课）
１、下列反应中，属于放热反应的是（ ）属于吸热反应的是（ ）
A．实验室制H2的反应 B．实验室制CO2的反应
C．水的分解反应 D．石灰石分解的反应
2、下列说法不正确的是（ ）
A．化学反应除了生成新物质外，还伴随着能量的变化
B．物质燃烧和中和反应均放出热量
C．分解反应肯定是吸热反应
D．化学反应是吸热还是放热决定于生成物具有的总能量和反应物具有的总能量
3、已知金刚石在一定条件下转化为石墨是放热的。据此，以下判断或说法正确的是（ ）
A．需要加热方能发生的反应一定是吸热反应
B．放热反应在常温下一定很容易发生
C．反应是放热还是吸热，必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小
D．吸热反应在一定条件下也能发生
4、已知破坏1mol N≡N键、H－H键和N－H键分别需要吸收的能量为946kJ、436kJ、391kJ。试计算1molN2（g）和3 molH2（g）完全转化为 NH3(g)的反应热的理论值。
5、在101 kPa时，1mol CH4完全燃烧生成CO2和液态H2O，放出890 kJ的热量，CH4的燃烧热为多少（燃烧热是指在101kPa时，1mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物时放出的热量）？1000 L CH4（标准状况）燃烧后所产生的热量为多少？
6、葡萄糖是人体所需能量的重要来源之一。葡萄糖燃烧的化学方程式为：
C6H12O6(s) + 6O2(g) === 6CO2(g) + 6H2O(l) 同时释放出2800 kJ/mol的热量
葡萄糖在人体组织中氧化的化学方程式与它燃烧的热化学方程式相同。计算100g葡萄糖在人体中完全氧化时所产生的热量。
答案：１、A、B；C、D 2、C 3、CD 4、92kJ 5、890 kJ/mol，3.97×104 kJ 6、1560 kJ
第二节 化学能与电能（共2课时）
第一课时
教学目标：通过实验探究原电池中发生的反应，认识化学能转化为电能的基本原理。
重点难点：初步了解原电池的概念、原理、组成及应用；通过实验探究从电子转移角度理解化学能向电能转化的本质及原电池的构成条件。
教学过程：
【创设问题情境】
电能是现代社会最清洁、也是最重要的二次能源，人类生产、生活的各个方面都离不开它。而火力发电又在电能生产中占有相当大的比重，是电能最主要的来源。
【设问】
火力发电中能量的转化方式是怎样的？火力发电又有哪些优点和缺点呢？
【学生讨论分析】
1、化学能 热能 机械能 电能；
2、能量的转化率低；
【激疑】
针对火力发电的缺点，能否通过某些方式将化学能直接转化为电能呢？
温馨提示：1、电荷的定向移动形成电流；
2、电子流动的方向与电流方向相反；
3、各类的氧化还原反应当中涉及到了电子的迁移；
【分组实验探究】
锌铜原电池原理：
实验1：把一块锌片和铜片同时插入盛有稀硫酸的烧杯里。
实验2：用导线将锌片和铜片连起来。
实验3：在导线中接入一个灵敏电流计。
实验 现象
锌片插入稀硫酸
铜片插入稀硫酸
锌片、铜片和电流表之间用导线连接在一起，并将锌片和铜片插入稀硫酸中
【学生交流讨论】
1、实验1和实验2中的现象有何不同？是什么原因造成的？
2、锌片和铜片用导线连接后插入稀硫酸中，铜片表面有气泡产生，你认为这种气体可能是什么？锌片和铜片上可能分别发生什么反应？如何证明？
3、灵敏电流计的指针发生偏转，说明有电流通过，你如何解释这一现象？该装置的正负极分别是什么？请你再设计一个实验证明之。
【讲解】
原电池的定义；锌铜原电池的工作原理；电极反应式及电池总反应式的书写。
【设疑】
通过刚才的实验我们可以体会到，化学能在原电池装置中可以直接转化为电能，那么，符合什么条件的装置才能构成原电池呢？
【分组实验探究】
原电池的构成条件。见教师用书P29页。
【归纳总结】
原电池的构成条件：1、两种活泼性不同的金属（或一种金属和另一种非金属导体）构成电极。
2、电解质溶液。
3、构成闭合回路。
4、能发生自发的氧化还原反应。
【巩固练习】
相同条件下，纯锌粒和粗锌粒与同浓度的稀硫酸反应的速率一样吗？为什么？假如要求你设计实验来证明你的观点，你的实验方案是怎样的？证据和结论又是什么？
【作业：实践活动】制作水果电池
第二课时
教学目标：认识常见电池的组成和工作原理
重点难点：
教学过程：
【创设问题情境】
通过前面的两组分组实验，我们了解了原电池的工作原理和构成条件。为了满足生产、生活、科学研究等各方面的需要，科学家尤其是化学家根据原电池原理设计出了许许多多形状各异、用途不同的实用电池，极大地方便了我们的生活，也有力地促进了科学的发展。
那么，你所知道的电池有哪些呢？
【学生举例】
【引导学生分析】
常见电池的组成和工作原理（可结合相关flash动画及图片进行讲解）。
【巩固练习】
1、根据Zn + Cu2+ === Zn2+ + Cu的反应原理设计一个原电池，当Zn为负极时，正极可以选用的金属材料是（ ）
A、镁 B、石墨 C、铝 D、铅
2、X、Y、Z都是金属，把X投入Z的硝酸盐溶液中，X的表面有Z析出，X 与Y组成原电池时，Y为电池的负极，X、Y、Z三种金属的活泼性顺序为（ ）
A、X>Y>Z B、X>Z>Y C、Y>X>Z D、Y>Z>X
3、电工操作规程中规定不能把铜导线与铝导线连接在一起，其中的化学原理是 。
4、市场上出售的“热敷袋”中含有铁屑、炭粉、木屑和少量氯化钠、水等，热敷袋启用前，用塑料袋和空气隔绝，启用时打开塑料袋，轻轻揉搓就会放出热量。试回答下列问题：
（1）热敷袋产生热量的来源是：
（2）炭粉的主要作用是：
（3）加入NaCl的作用是：
5、生活中，有些金属制品在使用一段时间后会失去表面的光泽，严重的会变得锈迹斑斑影响使用，尤其是钢铁制品在潮湿的空气里很容易生锈，你知道这是什么原因吗？试结合生活实际讨论防止钢铁生锈的方法。
答案：1、B、D 2、C 3～5、略
相关素材：
Baghdad Battery（巴格达电池）
A 2,200-year-old clay jar found near Baghdad, Iraq, has been described as the oldest known electric battery in existence. The clay jar and others like it are part of the holdings of the National Museum of Iraq and have been attributed to the Parthian Empire — an ancient Asian culture that ruled most of the Middle East from 247 B.C. to A.D. 228. The jar itself has been dated to sometime around 200 B.C. It was first described in 1938 by German archaeologist Wilhelm Konig, and to this day, it is uncertain whether Konig dug it up himself or found it archived in the museum. So how is it that a 2,200-year-old clay jar can be called a battery
Those who’ve examined it closely say that there’s little else that it can be. The nondescript earthen jar is only 5 inches high by 3 inches across. The opening was sealed with an asphalt plug, which held in place a copper sheet, rolled into a tube. This tube was capped at the bottom with a copper disc held in place by more asphalt. A narrow iron rod was stuck through the upper asphalt plug and hung down into the center of the copper tube — not touching any part of it.
The inner workings of the Baghdad Battery
Fill the jar with an acidic liquid, such as vinegar or fermented grape juice, and you have yourself a battery capable of generating a small current. The acidic liquid permits a flow of electrons from the copper tube to the iron rod when the two metal terminals are connected. This is basically the same principle that was discovered by Galvani 2,000 years later and that Volta successfully harnessed into the first modern battery a few years later.
What was it used for
Experiments with models of the Baghdad Battery have generated between 1.5 and 2 volts. Not a lot of power. So what would batteries have been used for 2,000 years ago It’s well known that the Greeks and Romans used certain species of electric fish in the treatment of pain, they’d literally go stand on a live electric eel until their gout-pained feet went numb.
Perhaps the battery was used as a ready source of less slimy analgesic electricity. Other theories hold that several batteries could have been linked together to generate a higher voltage for the use in electroplating gold to a silver surface. More experiments with several Baghdad-type batteries have shown this to be possible.
第三节 化学反应的速率和限度（共3课时）
第一课时
教学目标：
通过实验探究认识不同的化学反应其速率不同，了解化学反应速率的概念及其表达方式，知道反应的快慢受浓度、温度、压强、催化剂等条件的影响。
重点难点：化学反应的概念和影响因素。
教学过程：
【创设情境】
展示图片资料，使学生了解自然界或生产、生活中的化学反应进行有快、慢之分。
【提出问题】
（阅读课本P41～42页）怎样比较和判断反应的快慢？并尝试总结出比较反应快慢的数学表达式。
【思考与交流】
化学反应过程进行的快慢可用“反应速率”来表示。
△C
△t
【设疑】
若用单位时间内反应物或生成物的物质的量的变化值来表示化学反应速率可行吗？
体系1：反应N2 + 3H2 ==== 2NH3在2L的密闭容器中发生，5min内NH3的质量增加了1.7g；
体系2：反应N2 + 3H2 ==== 2NH3在6L的密闭容器中发生，5min内N2的物质的量减少0.15mol；
（1）比较两个反应体系反应的快慢；
（2）试计算v（NH3）、v（N2）和v（H2）。
【总结归纳】
（1）物质浓度是物质的量浓度以mol/L为单位，时间单位通常可用s、min、h表示，因此反应速率的常见单位一般为mol /（L·s）、mol /（L·min）或mol /（L·h）。
（2）化学反应速率可用反应体系中一种反应物或生成物浓度的变化来表示，一般是以最容易测定的一种物质表示之，且应标明是什么物质的反应速率。
（3）用不同的物质表示同一时间的反应速率时其数值可能不同，但表达的意义是相同的，各物质表示的反应速率的数值有相互关系，彼此可以根据化学方程式中的各化学计量数进行换算：
对于反应来说，则有。
【提出问题】
各类的化学反应为何又快慢之别呢？如：Na与H2O、Mg与H2O的反应。
【思考与交流】
金属的活泼性不同 化学反应速率的大小主要决定于反应物的性质。
【提出问题】
化学反应速率主要由反应物的性质决定，那改变外界条件可影响化学反应速率吗？你有相关的生活经验吗？
（视频——古建筑的腐蚀）
【实验探究】
实验2-5、实验2-6：探究温度，催化剂对反应速率的影响
【实验小结】
影响化学反应速率的因素
温度——温度越高反应速率越快；
催化剂——催化剂能大大改变化学反应速率；
【提出问题】
还有哪些因素会影响化学反应速率？
【思考与交流】（结合P43的思考与交流当中的问题）
固体反应物的颗粒度、反应物的浓度等因素对反应速率都有影响。
【补充实验及视频】
（1）浓度对化学反应速率的影响：
10mL 1mol/L的盐酸
10mL 0.1mol/L的盐酸
（2）面粉爆炸；
【归纳小结】
影响化学反应速率的因素
内因：化学反应速率的大小主要决定于反应物的性质。
外因：（1）温度——温度越高反应速率越快；
（2）催化剂——催化剂能大大改变化学反应速率；
（3）反应物的浓度——反应物的浓度越大反应速率越快；
（4）固体反应物的颗粒度；
……
第二课时
教学目标：
1、认识可逆反应、化学反应限度的涵义；初步学会根据反应速率判断化学反应所能达到的限度；初步了解影响化学反应限度的因素。
2、通过对“提高煤的燃烧效率”的讨论，认识控制外界反应条件对化学反应的重要作用。
重点难点：化学反应限度的涵义和影响因素。
教学过程：
【创设情境】
通过前面的学习，我们知道化学反应中，反应物之间是按照方程式中的系数比进行反应的，那么，在实际反应中，反应物能否按相应的计量关系完全转化为生成物呢？在化学的发展史上，有一件与之有关的事曾经引起了化学家极大的兴趣（炼铁高炉尾气之谜）。除此以外，还有许多反应也有类似的情况出现，下面我们通过实验来说明。
【学生分组实验】实验2-7
【老师演示实验】
AgNO3溶液 取上层清液 取上层清
液 静置
【交流讨论】
实验告诉了我们什么？原因何在？
【教师小结】
上述实验说明反应并不完全。科学研究表明在一定条件下，许多反应都是可逆的，如氯气与水的反应，二氧化硫与氧气的反应，氮气与氢气的反应等。有些反应的可逆性很小，如Ag+ + Cl- === AgCl，我们只是视作“不可逆”而已
【提出问题】
可逆反应在一定条件下反应物不能完全消耗，存在着一个反应程度的问题，请分析当反应达到最大限度时，化学反应所表现出来的特征？（从速率、物质的浓度两方面来分析）
【交流讨论】
小组代表发言
【教师归纳】
可逆反应有两个方向，当正反应速率与逆反应的速率相等时，反应物和生成物的浓度将保持不变，反应达到最大的限度。
【提出问题】
化学反应的限度归根到底是正逆反应速率的相等，若某一方速率发生改变，这种平衡就会被打破，相应的反应程度也随之改变。那有哪些因素可以改变化学反应的速率，改变反应的限度？请结合提高煤的转化率的例子来进行分析。
【交流讨论】
小组代表发言
【总结】
化学反应限度的涵义、影响因素及研究化学反应限度的实际意义。
疑问：浓度、温度、催化剂对化学平衡的影响是否需要结合实验详细地讲解？
第三课时（复习课）
1、下列过程中，需要增大化学反应速率的是（ ）
A、钢铁的腐蚀 B、食物腐败 C、塑料老化 D、工业合成氨
2、在m A + n B === p C的反应中，m、n、p为各物质的计量数。现测得C每分钟增加a mol/L，B每分钟减少1.5a mol/L，A每分钟减少0.5a mol/L，则m∶n∶p为（ ）
A、2∶3∶2 B、2∶3∶3 C、1∶3∶2 D、3∶1∶2
3、在铝与稀硫酸的反应中，已知10s末硫酸的浓度减少了0.6 mol/L，若不考虑反应过程中溶液体积的变化，则10s内生成硫酸铝的平均反应速率是（ ）
A、0.02 mol/（L·min） B、1.8mol/（L·min）
C、1.2 mol/（L·min） D、0.18 mol/（L·min）
4、在10℃时某化学反应速率为0.1 mol/（L·s），若温度每升高10℃反应速率增加到原来的2倍。为了把该反应速率提高到1.6 mol/（L·s），该反应需在什么温度下进行（ ）
A、30℃ B、40℃ C、50℃ D、60℃
5、NO和CO都是汽车尾气中的有害物质，它们能缓慢地反应生成氮气和二氧化碳，对此反应，下列叙述正确的是（ ）
A、使用适当的催化剂不改变反应速率
B、降低压强能提高反应速率
C、升高温度能提高反应速率
D、改变压强对反应速率无影响
6、在28℃时，鲜牛奶约4h后变酸，但在5℃的冰箱内，鲜牛奶48h后才变酸。试分析其原因。
7、分析下列实例，根据已有的知识和经验，填写下表。
实例 影响速率的因素 如何影响
夏天食物易变质
硫在氧气中比在空气中燃烧快
粉状的碳酸钙与盐酸反应经块状的碳酸钙反应快
氯酸钾与二氧化锰混合共热可快速产生氧气
工业合成氨通常要在高压下进行
8、已知氯水中有如下平衡：Cl2 + H2O === HCl +HClO
常温下，在一个体积为50mL的针筒里吸入约40mL氯气后，再吸进出口10mL水，写出针筒中可能观察到的现象： 。若将此针筒长时间放置，又能看到何种变化？为什么？ 。
答案：1、D 2、C 3、A 4、C 5、C
燃烧 蒸汽 发电机
ν
=
CaCO3（固）+
NaCl溶液
NaBr溶液
NaI溶液
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